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Unidad 3: Flujo y procesamiento de energía y materia en los sistemas biológicos. Ingreso de energía en el ecosistema. - PowerPoint PPT Presentation
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Ingreso de energía en el ecosistema
Saben que los seres vivos son sistemas termodinámicamente abiertos, que en su funcionamiento
llevan a cabo procesos no espontáneos que deben acoplarse a fuentes externas continuas de energía. La principal de estas fuentes es la energía solar que se
transforma en materia orgánica durante la fotosíntesis.
Unidad 3: Flujo y procesamiento de energía y materia en los sistemas biológicos.
¿Qué significa esta ecuación?
Fotosíntesis Proceso Incorporación de energía
El ambiente
Mundo orgánico
Conversión Energía química Energía luminosa
Es un Que permite la
desde
al
Mediante la
deen
ATP
Almacenada en
Moléculas orgánicas estables
Para sintetizar
La fotosíntesisOcurre gracias a la existencia de Pigmentos fotosintéticos
Lípidos unidos a proteínas
Membranas celulares
Absorber
Energía lumínica
Que corresponden a
Presentes en ciertas
Y son capaces de
la
Etapas de la fotosíntesis
Característica/ fase
Dependiente de energía lumínica
Independiente de energía lumínica
Reacciones Reacciones de captura de energía
Reacciones de fijación de carbono
¿Cuándo ocurre? Sólo de día De día y de noche
¿Dónde ocurre? En la membrana de los tilacoides de los cloroplastos donde están los fotosistemas
En el estroma del cloroplasto
Fotosistemas
2 complejos proteicos
Pigmentos fotosintéticos
(clorofila)
2 componentes
Antenas Centro de
la reacción
Pigmentoscaptan energía luminosa
para transmitirla al centro de la reacción
Los pigmentos diana son capaces de
transferir electrones e iniciar la cadena
de reacciones químicas
Que contienen
Pigmento: CLOROFILA
La clorofila es una molécula compleja, formada por cuatro anillos pirrólicos, un átomo de magnesio y una cadena de fitol larga.
Pigmentos accesorios:clorofila b, las xantofilas, los carotenos y la ficobilina. son capaces de absorber las longitudes de onda que la clorofila no puede.
Fase dependiente de energía lumínica
1. Llegada de fotones al fotosistema II.
2. Electrones de la clorofila se excitan y saltan.
3. Electrones son capturados por el aceptor primario de electrones.
4. Electrones pasan por varias proteínas formando la cadena transportadora de electrones.
5. Los electrones llegan al fotosistema I.
Luego…
El fotosistema I también recibe energía lumínica y su clorofila al excitarse libera electrones.(son recuperados por los que provienen del fotosistema II).
Los electrones pasan a un aceptor primario. Los electrones pasan a una cadena
transportadora de electrones. Los electrones son transportados a una
molécula de NADP+ que junto a los protones (H+) forman NADPH.
NADP+= Dinucleótido de nicotinamida-adenina fosfatoNADPH= Es la forma reducida del NADP+
a) Fosforilación: formación de ATP a partir ADP gracias a la enzima ATP sintetasa, quien aprovecha la energía liberada de la cadena transportadora de electrones.
Mientras, ocurre:
b) Fotólisis del agua: consiste en la hidrólisis del agua, produciendo O2, protones (H+) y liberando 2 electrones (por cada molécula), los cuales son transferidos al fotosistema II. Los 2 H+ se acumulan (para más adelante formar NADPH) y los O2 se liberan.
Dibuje en su cuaderno el siguiente esquema y señale a qué corresponde:
Responde…
¿Cuál es el resultado (producto) de la fase dependiente de la energía lumínica?
1.
2.
Fase independiente de la energía lumínica.Características generales: El NADPH y el ATP producidos en la fase anterior se
utilizan en la fase independiente de la energía lumínica o fase de fijación del carbono.
Estas reacciones ocurren en el estroma del cloroplasto.
Las reacciones dan lugar al llamado ciclo de Calvin, que ocurre para sintetizar moléculas orgánicas
En el ciclo de Calvin, por cada CO2 que se incorpora se necesitan 2 NADPH y 3 ATP
En el ciclo de Calvin ocurren los siguientes pasos: Fijación del CO2:
El CO2 atmosférico
Molécula inestable de 6 carbonos
Ribulosa difosfatoRuDP (5 carbonos)
2 moléculas de 3 carbonos
Fosfoglicerato PGA
Se une a la Formando
una
Que luego se separa en
llamadas
Ribulosa bifosfato carboxilasaRUBISCO
Gracias a la enzima
Reducción del CO2 fijado:
Fosfoglicerato PGA
(2 moléculas)
Con el gasto de ATP y NADPH
Gliceraldehído fosfatoGAP
(2 moléculas)
Primer azúcar del ciclo
2 vías
Regenerar la RuDP
Biosíntesis de glúcidos, aminoácidos y ácidos orgánicos Almidón y sacarosa
Se reduce a
Que es el
Puede seguir
El ciclo de Calvin
También conocido como ciclo de Calvin-Benson. Fue descubierto por Melvin Calvin y Andy Benson de la Universidad de California en Berkeley.
Durante la fotosíntesis, la enegia lumínica ha sido convertida en energia química almacenando ATP y NADPH. El ciclo de Clavin es luz-independiente,usando la enegia desde carriers de corta duración , convirtirno el dioxido de carbono en compuesto orgánicos que pueden ser usados por el organismo. Estas formas de reacción también son llamadas de fijación del carbono. La enzima del ciclo se llama RubisCO.
La suma total de las reacciones del ciclo de Calvin es: 6CO2 + 12NADPH + 12H2O + 18 ATP → C6H12O6 +
12NADP+ + 18ADP + 18 Pi
Entrada de H2O y CO2 a la planta:
Ingresa por las raíces y se transporta a las hojas por el xilema.
Ingresa por las raíces y se transporta a las hojas por el xilema.
Ingresa por unos poros llamados estomas. Los estomas están
formados por las células oclusivas o guardianes que permiten el
intercambio de vapor de agua y otros gases de la planta.
Ingresa por unos poros llamados estomas. Los estomas están
formados por las células oclusivas o guardianes que permiten el
intercambio de vapor de agua y otros gases de la planta.
H2O H2O
CO2CO2
Las células guardianes, sus formas y volúmenes.
En un medio hipotónico
El agua ingresa por osmosis
Las células guardianes se
hinchan
Los estomas se abren
En un medio hipertónico
En un medio hipertónico
El agua sale por osmosis
“transpiración”
El agua sale por osmosis
“transpiración”
Las células guardianes se
deshinchan
Las células guardianes se
deshinchan
Los estomas se cierran
Los estomas se cierran
El CO2 ingresa a
la hoja
El CO2 ingresa a
la hoja
En condiciones normales los estomas están abiertos de día y cerrados de noche.
La planta debe estar hidratada, de lo contrario el CO2 no puede ingresar al interior.
En condiciones normales los estomas están abiertos de día y cerrados de noche.
La planta debe estar hidratada, de lo contrario el CO2 no puede ingresar al interior.
A trabajar en parejas:
1. Compare las fases de la fotosíntesis considerando los siguientes aspectos:
Se inicia con. Ocurre en. Enzimas involucradas. Procesos involucrados. Productos obtenidos.2. Realice un esquema que explique la fase dependiente de la
energía lumínica.3. ¿Cómo se produce el O2 que liberan las plantas? ¿cuándo ocurre?4. ¿Cuándo y para qué se incorpora el CO2 atmosférico?5. ¿Cuál es el rol de la ATP sintetasa?6. ¿Qué sucedería si fallara la ribulosa bifosfato carboxilasa? 7. Si en el ciclo de Calvin ingresa sólo una molécula de CO2, y la
fórmula química de la molécula de glucosa es C6H12O6, ¿Cuántos ciclos deben ocurrir para formar esta molécula? Explica.
Verdadero o falso. Justifica las falsas.1. En el ciclo del Calvin ocurre síntesis de ATP y NADPH.
2. Los estomas son los lugares de las hojas en los que ocurre la fotosíntesis.
3. Un fotosistema está compuesto por e centro de reacción y por los pigmentos antena.
4. En la fotosíntesis, la fase dependiente de luz se inicia en el fotosistema I.
5. El oxígeno (O2) se forma a partir de la molécula de CO2.
6. La membrana tilacoidal se encuentra ubicada al interior del cloroplasto.
7. La molécula de ATP posee un alto valor energético.
8. La fotosíntesis es un proceso de tipo exergónico.
9. La transpiración consiste en la pérdida de agua por la planta.
Copia el esquema y complétalo:
H2O
ATP y________
C6H12O6
Ordena los procesos:
a. La energía lumínica es conducida por el complejo antena hacia el centro de reacción.
b. Se forma el NADPH.
c. La clorofila del centro de reacción del fotosistema II es estimulada por la energía lumínica.
d. Se estimula el fotosistema I.
e. Ocurre la fotólisis del agua.
¿Qué factores influyen en la fotosíntesis?
a. Intensidad lumínica.a. Intensidad lumínica.
La tasa fotosintética aumenta progresivamente a medida que aumenta la intensidad lumínica, hasta un valor constante (600 W
apróx.)
b. Temperatura.b. Temperatura.
La tasa fotosintética aumenta a medida que aumenta la
temperatura.Además se incrementa la
respiración celular donde se utiliza la glucosa.
¿Es igual la tasa fotosintética en plantas de origen tropical comparada con la de plantas
de clima templado?
¿Es igual la tasa fotosintética en plantas de origen tropical comparada con la de plantas
de clima templado?
c. Disponibilidad de agua y concentración de CO2
c. Disponibilidad de agua y concentración de CO2
El consumo de agua constante beneficia la
absorción de CO2, a través de la apertura de los estomas.
La tasa fotosintética tiende a aumentar a medida que se
incrementa la concentración de CO2, hasta cierto límite o el
proceso se inhibe.
Factores que afectan a la fotosíntesis.
Internos
Condiciones anatómicas y fisiológicas del vegetal
• Estructura de la hoja.(grosor, cantidad y ubicación
de estomas)• Contenido de clorofila.
•Actividad de las enzimas fotosintéticas.
Externos
•Intensidad lumínica.•Temperatura.
•Concentración del CO2.•Disponibilidad de agua.
Condiciones ambientales que influyen en el proceso
Factores externos: analice en parejas.
Observa los siguientes gráficos y luego responde cómo influyen estos factores en la tasa fotosintética.
Gráfico n°1 Gráfico n°2 Gráfico n°3
Tasa
fotosintética
Intensidad lumínica (watts)
Temperatura (°C)
Concentración de CO2
I.L.A
I.L.B
A 30 °C
A 20 °C
1. ¿La temperatura es una variable dependiente o independiente? Explica brevemente.
2. ¿La tasa fotosintética es una variable dependiente o independiente? Explica brevemente.
Preguntas tipo PSU
1. ¿Cuál(es) es (son) la(s) consecuencia(s) directa(s) de la destrucción de las granas del cloroplasto?
I) No se realizaría la fotólisis del agua.
II) Solo se obtendría glucosa como producto final.
III) Aumentaría la cantidad de O2 ambiental.
A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) Solo I y III
2. Los productos de la fase luminosa de la fotosíntesis son
A) ATP y NADPH B) ATP, NADPH y CO2 C) NADPH, CO2 y O2 D) NADPH, ATP y O2 E) ATP y O2
3. Durante la fotosíntesis se utiliza CO2 para sintetizar compuestos orgánicos. Este proceso solo ocurre
I) si la planta ha sido expuesta a la luz.
II) en la oscuridad. III) en las membranas internas
de los cloroplastos. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y III E) I, II y III
4. Al marcarse radioactivamente las moléculas de CO2 que son entregadas a una planta, ¿en qué elementos y estructuras de la planta se pueden detectar?
I) En las proteínas. II) En la glucosa. III) En la pared celular. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) I, II y III
5. El agua con que se riega una planta tiene su oxígeno marcado radiactivamente (18O). Al cabo de un tiempo, al analizar los productos de la reacción fotosintética, podría verificarse que el oxígeno marcado se encontrará en
I) el CO2 liberado al medio. II) el aire del ambiente de cultivo. III) el almidón formado. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo II y III E) I, II y III
6. En relación al oxígeno liberado durante la fotosíntesis, es correcto afirmar que
A) proviene del rompimiento del CO2.
B) proviene de las moléculas de C6H12O6.
C) es utilizado en la fabricación de moléculas orgánicas.
D) resulta de la fotólisis del agua.
E) es utilizado en la fase oscura de la fotosíntesis.
7. ¿Cuál de los siguientes elementos necesita la planta para la fase luminosa de la fotosíntesis?
A) CO2 B) Agua C) Azúcar D) ATP E) NADPH
8. En relación con el ciclo del carbono, es INCORRECTO afirmar que
A) el CO2 es utilizado por las plantas en la fotosíntesis.
B) durante la respiración celular, se libera CO2.
C) los descomponedores se encargan de restituir el CO2 al medio ambiente.
D) la principal fuente de carbono de nuestro planeta está en la atmósfera.
E) el carbono forma parte de las moléculas orgánicas de los seres vivos.
9. Se realizó un experimento en el que se tomó un grupo de células y se las enfrentó a una noxa (partícula extraña y tóxica al organismo o grupos especializados). Otro grupo celular fue cultivado en un medio con alto contenido de puromicina. Ambos grupos celulares fueron incluidos en un medio rico en aminoácidos marcados, con el fin de medir los productos proteicos formados por la radioactividad que ellos emiten. A partir de los resultados obtenidos, se pudo confeccionar el siguiente gráfico.
Del análisis del gráfico se puede afirmar que I) la puromicina detiene la síntesis de
proteínas. II) la sustancia química noxa estimula la
síntesis de proteínas. III) la puromicina ataca el núcleo celular. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) Solo II y III
10. En la fotosíntesis hay diversos factores que influyen sobre el proceso. Al respecto, el siguiente gráfico representa la relación entre la tasa fotosintética, la intensidad luminosa y la temperatura.
Con respecto al gráfico, la tasa fotosintética representa una variable
A) independiente. B) intrapolada. C) dependiente. D) no controlada. E) extrapolada.
11. Si la fotosíntesis se detiene a nivel planetario, entonces I) si la respiración de los seres vivos prosiguiera a la tasa actual,
la atmósfera quedaría sin oxígeno. II) no se transformaría la energía del Sol en energía disponible
para formar nueva materia orgánica. III) la respiración celular reemplazaría a este proceso en la
función de intercambio de energía. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) Solo II y III
12. Con respecto al ciclo del CO2, es correcto afirmar que I) el exceso de producción de CO2 por actividad humana es
controlado por los vegetales fotosintéticos. II) aunque los vegetales fotosintéticos son eficientes, el
aumento del uso de combustibles fósiles disminuye su capacidad de regulación.
III) las partículas de polvo en suspensión generan el efecto invernadero.
A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) Solo II y III
13. Si se sitúa un grupo de plantas verdes dentro de un ambiente rico en CO2 con el carbono marcado radiactivamente, ¿en qué moléculas se esperaría encontrar la marca al interior del cuerpo vegetal?
A) Oxígeno B) Dióxido de carbono C) Glucosa D) Agua E) Sales minerales
14. Los fotosistemas tienen la misión de A) transportar electrones entre los fotosistemas I y
II. B) generar sustancias de gran poder reductor
como el NADPH. C) capturar la energía solar para lograr
concentrarla en la clorofila. D) conectar los tilacoides dentro de un cloroplasto. E) producir ATP a partir de la excitación por la luz
solar.
Respuestas de las alternativas:Numero Alternativa
1 A
2 D
3 A
4 E
5 B
6 D
7 B
8 D
9 B
10 C
11 D
12 B
13 C
14 C
15 C
Análisis final: discuta con sus compañeros de puestos. 1. Si una planta es colocada en una atmósfera libre de CO2 y
con luz muy brillante ¿continuarían las plantas sus reacciones generando las moléculas energéticas ATP y NADPH en forma indefinida?. Explique como llegó a su conclusión.2. Si Ud. tiene una planta a la cual se está aplicando luz blanca y se mide cada cierto tiempo , en forma experimental, la cantidad de Oxígeno fotosintético producido. ¿Qué sucedería si se colocan diferentes filtros ( rojos , verdes y azules) entre la fuente luminosa y las hojas . Explique y fundamente su respuesta.3. Si Ud. es llamado por la Comisión Nacional del Medio Ambiente ( CONAMA) , para explicar por qué es necesario continuar apoyando un proyecto sobre investigaciones a cerca de la fotosíntesis, centrada en el descubrimiento de un producto enzimático que acelere las reacciones para producir hidratos de carbono y oxígeno. ¿Cómo justificaría este proyecto? ¿Cuáles serían los beneficios potenciales de dicha investigación?
